华中科技大学组原第二次实验报告存储器讲解Word文件下载.docx
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半导体存储器实验
2实验目的
1．掌握半导体随机读写存储器RAM的工作原理特性及其使用方法。
2．掌握半导体存储器进行读写的过程及读写周期、时序等。
3．掌握半导体存储器扩充的方法。
4．掌握对存储数据进行奇偶效验的原理和方法。
3实验设备
实验台：
JZYL—Ⅱ型计算机组成原理实验仪一台；
主要芯片：
（第5部分会对实验芯片的选取做具体分析）
74LS6116：
静态存储器芯片1片
74LS244：
八路原码输出三态门2片
74LS193：
同步4位计数器1片
74LS86：
二输入四异或门4片
74LS32：
二输入四或门1片
4实验任务
1．按照下图完成8位存储器基本实验内容。
图1.实验前预习给出的电路图
2．为提高存储器读写数据的可靠性，自行设计电路对写入的数据进行编码处理，即形成奇偶效验码，并将产生的校验信息与数据一并保存；
并设置一个校验指示灯（当从6116读出信息时，校验指示灯亮；
其它情况下灭），对读出的数据通过奇偶效验方式进行验证，检查写入的数据在保存和读出过程中是否出现错误，保证存储器数据写入读出的可靠性。
3．冲突说明：
读模式下，如果开关为读操作，则无冲突；
读模式下，如果开关为写操作，则发生冲突；
写模式下，如果开关为读操作，则发生冲突；
写模式下，如果开关为写操作，则无冲突；
冲突时，报警灯亮，244处于高阻态，6116不工作，7个数据灯、一个校
验码灯和一个校验指示灯全灭（和实验台关电源一样）。
5实验设计方案、电路实现与电路分析
5.1基本芯片介绍
74LS6116，74LS244，74LS193芯片的介绍详见参考文献：
...\组成实验（给学生）\整理后常用的芯片资料。
5.2设计方案
（1）主要目的：
熟悉静态存储器芯片74LS6116的使用，并完成相应的校验电路和冲突处理电路的设计。
（2）基本思路：
根据实验的主要目的，需要设计的电路应该有以下几个部分构成：
存储器部件：
主要由一片6116构成，能实现存储器芯片的相关功能。
注意到6116还有11个地址输入端，我们就需要考虑怎样设置这11个地址输入。
校验电路：
本实验选取偶校验方式（当然也可以选择奇校验）。
注意到实际上该校验电路应该包括两个部分，第一部分对6116的输入数据生成校验码，第二部分对6116的输出数据生成校验码。
冲突处理电路：
根据实验任务对冲突处理的要求，需要解决冲突与非冲突下各指示灯和各芯片的状态转换的电路设计。
（3）详细设计方案与电路各部件架构：
A存储器部件：
有8位数据输入端（将最高位设置为校验码），11位地址选择端。
若对6116中任一地址均可以实现存入数据，那么这样就要对11个地址选择端均实现可控，但这样做使得在输入与输出时对地址选择端的控制繁琐，因此我们可以选择将地址端的高7位置为低电平，只选择低4位作为真正的地址选择端，这样可以实现对16个连续地址的存取，方便易行。
而要对16个连续地址实现控制，需要4个控制信号，可以选择同步4位计数器74LS193实现该控制，因为该芯片的输出端有4个，恰好作为地址控制信号；
而且按一次脉冲就能实现地址转换（因可供存放的地址为连续地址），非常方便。
B校验电路：
因为我们选取的是偶校验方式，所以根据《计算机组成原理》P47的公式：
，选择二输入四异或门74LS86来实现偶校验码的生成。
而实验任务要求对6116的数据输入和输出均要生成相应校验码，还要实现读模式和写模式，因此我们选择一个三态8位缓冲器74LS244，通过它的1G端和2G端实现相应的写模式（此时1G端和2G端为低电平）和读模式（此时1G端和2G端为高电平）。
而恰好244的数据端也是8位，与6116的数据端兼容，故可以将244的输出端作为6116的数据输入端。
C冲突处理电路：
要求：
根据实验任务的要求，冲突时，报警灯亮，244（称为1号244）处于高阻态，6116不工作，7个数据灯、一个校验码灯和一个校验指示灯全灭（和实验台关电源一样）。
因为6116的数据输入和输出都在一处端口，所以当6116为读操作时，要将244的数据输出端置为高阻态。
具体设计：
根据实验任务的要求和6116，244的控制端实现的相关功能，本部分电路设计如下：
我们先设置两个开关
和
分别代表模式和操作，而且
置为高电平时为读模式，置为低电平时为写模式；
置为高电平时为读操作，置为低电平时为写操作。
而后将6116的
端与1异或后再接到
端，这样使得
信号可以同时控制
使得用一个信号
就可以控制6116的读写状态；
再将B部分的两个偶校验信号异或后得到的信号P，利用244的状态，再使用一片244（称为2号244），将信号P接入2号244的一个输入端，对应的输出端连接校验指示灯
；
然后将
的输出连接到6116的
端和1号244的G端（G端即是将1G和2G串联后得到的控制端），将
端，报警灯
和2号244的1G端。
各部件的相应状态如下表所示。
模式
操作
冲突？
/
报警灯
6116
1号244
校验指示灯
数据指示灯
0（写）
否
绿
写
正常
1（读）
是
1
红
不
高阻
灭
续表
读
表1.冲突处理电路中各部件相应状态
注：
，
（
代表2号244的
端）；
红色（输入信号为高电平），绿色（输入信号为低电平）。
报警灯亮红色代表有冲突，亮绿色代表无冲突；
校验指示灯亮红色代表数据的存取出错，亮绿色代表数据的存取正确，还有灯灭的状态。
数据指示灯有8个，包括最高位的代表校验码的指示灯。
6116的“不”代表不工作。
根据上表，可以检验冲突处理电路的设计正确。
（4）电路基本结构图示
图2.电路基本结构
5.3电路实现与分析
（1）存储器部件
由一片6116和一片193组成。
将6116的地址选择端A10~A4接地；
6116的数据输入/输出端I8~I1来自244的输出端；
再将I8~I1连接到8个数据指示灯。
6116的控制端
将会在（3）冲突处理电路中具体介绍连线方式。
193的输入端D~A来自开关；
193的QD~QA依次连接到6116的地址选择端A3~A0；
控制端
用开关置为“1”；
CLR端接开关；
CPU，CPD接脉冲信号（与CPU相连的脉冲端表示累加计数，与CPD相连的脉冲端表示累减计数）。
图3.存储器部件的电路连接图
（2）校验电路
校验电路由1片244（称为1号244），4片74LS86（二输入四异或门）组成。
分三个部分，第一部分是由一片244组成，其余两部分均由2片74LS86组成，分别是对6116的7位数据输入信号和7位数据输出信号进行校验码的生成（输入、输出信号的偶校验位分别称为P1，P2）。
具体连接如下：
第一部分是由一片244组成。
6个数据输入端I0~I6均来自开关；
7个数据输出端Y0~Y7连接到6116的数据输入端；
控制端1G和2G串联在一起形成控制信号G。
其余两部均是利用偶校验码生成公式
将7位数据端通过74LS86异或，具体连接不再赘述。
除开第一部分，其余两部分的逻辑电路图和电路连接图相似，故在此仅给出输入信号的逻辑电路图和电路连接图。
图4.校验电路的逻辑电路图
图5.校验电路的电路连接图
（3）冲突处理电路
本部分电路由1片74LS86（二输入四异或门，与
（2）校验电路共用这一芯片），1片74LS32（二输入四或门），1片244（称为2号244）组成；
电路的具体连接如下：
6116的
端与通过74LS86与1异或后再接到
端，再将
（2）校验电路部分的两个偶校验信号P1和P2通过74LS86异或后得到信号P，将信号P接入2号244的一个输入端I0，对应的输出端Y0连接校验指示灯
通过74LS08相或以后，输出连接到6116的
端和1号244的G端，将
通过74LS86异或以后，输出连接到6116的
端，报警灯L2和2号244的1G端。
由于本部分的具体电路连接涉及的部件多，所以本部分只给出逻辑电路图，具体的连接将会在总电路图中体现。
图6.冲突处理电路的逻辑电路图
（4）总电路图
图7.总电路图
说明：
本电路图是半导体存储器实验电路图，由三部分组成，分别是存储器部件，校验电路和冲突处理电路，可实现对静态存储器芯片74LS6116数据的读写，校验和相应的冲突提示与处理功能。
6实验结果与分析
6.1基本功能的检测
（1）置为写模式和写操作（即将K1、K2均置为0），将193的输入D~A置为0000，CLR置为0，将1号244的数据输入端I0~I6依次置为0001~0000，同时按下与193的CPU端相连的累加脉冲。
观察校验码灯（即数据位指示灯的最高位）的变化；
然后再置为读模式和读操作（即将K1、K2均置为1），将CLR置为1后再置为0，顺次按下累加脉冲观察数据指示灯的变化。
表2.检测记录表
地址端D~A
数据输入端I6~I0
校验码灯I8
数据指示灯（K1K2=11时）
0000
0000001
10000001
0001
0000010
10000010
0010
0000011
00000011
0011
0000100
10000100
0100
0000101
00000101
...
1110
0001111
00001111
1111
0010000
10010000
该记录表明：
校验码灯功能正常，6116的读写正常，达到预期效果。
（2）承接上面相应的操作。
置为读模式和写操作，再置为读模式和读操作，观察报警灯，校验指示灯和数据指示灯的变化。
置为写模式和读操作，将地址为0010的数据改为0101001；
置为写模式和写操作，此时数据应该写入；
再置为读模式和读操作，地址通过累加脉冲改变为0100，再通过累减脉冲改变为原来的0010，观察各阶段各指示灯的变化。
将上述步骤再重复一次，此次在写模式读操作时将地址为0001的数据改为0011100，其余均同，观察各阶段各指示灯变化。
表3.检测记录表
模式/操作K1K2
报警灯L2
校验指示灯L1
数据指示灯I8~I1
10（读写）
---
11（读读）
01（写读）
0101001
00（写写）
10101001
0011100
10011100
报警灯功能正常，6116的读写正常，数据指示灯功能正常，达到预期效果。
6.2校验指示灯的检测
在读模式和读操作下，用导线一端接Vcc，另一端短暂碰一下接入8个数据指示灯中显示低电平的导线触点中的一个，可以观察到校验指示灯会变红；
接着用导线一端接GND，另一端短暂碰一下接入8个数据指示灯中显示高电平的导线触点中的一个，可以观察到校验指示灯也会变红。
该结果表明，校验指示灯功能正常，达到预期效果。
7试验中遇到的问题及解决方法
本次实验是组原的第二次实验，较前一次实验有了一定提高。
但是难免还会遇到一些问题。
遇到的问题以及解决方法如下：
1.193的作用：
一开始老师给的电路中出现了193与6116的连接，但是搞不清楚193到底有什么作用，后来清楚了193是控制6116的地址线的，但又不明白193的4个输出是怎样控制6116的11跟地址线的，后来终于搞懂了原来是可以把6116的高7位地址线接地的，这样做可以实现对16个连续地址的存取，方便易行。
2.地址指示灯的设计：
了解了193的作用以后，知道了按相应的脉冲和数据输入信号就可以轻松实现数据的写入，但是累加或累减脉冲按多了以后，就不知道数据究竟写到6116的哪儿去了，这浪费了我们一定时间。
后来想到可以将193的4个输出端接灯来指示地址值，这样数据存在哪儿就可以清楚地知道，一定程度上加快了实验的效率。
3.6116的读写控制：
一开始看6116的功能表，发现它的读操作只由一个输入序列实现（
=10），而写操作则是两个输入序列都可以（
=00,01），按这样的读写操作控制来设计冲突处理电路，发现要考虑写操作的两种输入序列，非常麻烦。
经过一番纠结之后，终于想到了将
的输入端与1异或，得到的结果再输入
，这样一来，6116的读写操作都各自仅由一个输入序列实现，大大简化了冲突处理电路的设计。
4.冲突处理电路原理的设计：
根据试验任务的要求，冲突处理电路要实现对很多部件指示和控制的功能，一时间不知原理是什么，从哪儿下手。
后来经过多次尝试以后终于找到了原理公式
，可以实现相应的要求。
8收获与体会
1.有了上一次实验的一些经验，这次实验把预习工作完成得还比较好，进实验室时就知道了实验的目的和思路，芯片连接也比较熟悉，不像上次一样不知道怎么做。
但是有些细节的方面还需要加强。
2.通过6116控制端
、
的简化和地址指示灯的设计，我意识到电路状态的简化或有时一点改动是很有必要的，这利于整个电路设计的优化和便捷。
3.校验电路的共用：
校验电路的二，三部分分别是对6116的7位数据输入信号和7位数据输出信号进行校验码的生成，由于功能相同，电路图也相似，因此我想可不可以将两个电路就只设计成一个电路，然后依据二路选择器选择是对数据输入信号还是对数据输出信号进行校验码的生成，后来发现这样的想法不仅仅只是设计二路选择，而且电路的输入有7个，如果用二路选择器选择另一种输入电路的信号，那么7个输入信号都要改变，这样做很麻烦，而且当时实验的时时间不够，因此这个想法就被搁浅了。
总结：
本次实验有很多收获，也有不足。
收获总体来说，就是在设计时根据要求大概知道从哪方面下手；
提升了对电路的整体把握；
学会思考实验中发现的问题。
不足之处总结来说，就是分析问题的时候还不会抓关键点，经常苦思冥想不得其解；
对细节还不够认真。
回味收获，反思不足，才能更好地在实验中积累经验。
有了这些经验，希望在以后的实验中能做得更好！
9参考书目
《计算机组成原理》秦磊华吴非莫正坤编著
《计算机组成原理实验及课程设计》秦磊华王小兰编著
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